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风力发电塔筒螺栓:风力发电塔筒螺栓监测前沿技术研究

风力发电塔筒螺栓:风力发电塔筒螺栓监测前沿技术研究

2021-10-18 16:53

风力发电塔筒螺栓监测前沿技术研究

近年来,全球风电产业发展迅速,中国已成为全球较大、增长较快的风力发电市场。到2018年,国内风电累计装机约21万千瓦,同比增长11.2%。但由于我国风电关键技术研究起步较晚,整机设计制造技术高度依赖国外,快速发展也带来了诸多问题。风电运维压力逐渐增大,风电机组火灾、失控等事故时有发生。特别是作为整个风力发电机组的支撑系统,风力发电机组塔架对保证风力发电机组安全可靠运行起着重要作用。但由于制造和安装质量不合格,设备检查和运行维护检查不到位,导致塌塔事故频发,经济损失巨大。

公司主营风力发电锚板、风力发电高强度预应力锚栓、风力发电叶片连接螺栓、风力发电基础锚栓笼、风力发电塔筒螺栓等。

目前,影响塔架安全运行的主要问题是基础不均匀沉降或松动、塔架异常倾斜和弯曲、塔架法兰螺栓疲劳失效。针对前两个问题,出现了大量的研究报告,对塔基和倾斜度的动静态监测提出了各种技术方案。本文重点研究第三个问题,法兰螺栓的疲劳失效。风力发电机的塔架结构使塔架承受机舱和叶片的自重以及风力的水平载荷。由于风速的时变特性,风力机在交变载荷条件下运行。随着运行时间的增加,作用在塔架连接螺栓上的交变应力容易导致疲劳失效。如果在定期检查中没有及时发现,将会导致更严重的后果。

目前,塔架螺栓的在线监测是一个未被满足的工业需求,尚未建立广泛认可的监测手段和行业标准。文献检索后发现,有少数与该领域相关的报道,关注螺栓松动和螺栓变形的监测,采用的解决方案有电路回路技术、振动-应力复合传感技术、光纤光栅技术、智能螺栓等,接下来将分别介绍。

1、风力发电塔筒螺栓-回路技术螺栓松动报警技术

电路环路技术用于报警螺栓松动。其技术原理是将螺栓松动的位移量转化为检测电路的开关量,实现预警。该方案将检测电路(A预警电路、B报警电路)的开关与螺栓松动检测装置绑定,螺栓松动驱动开关位移。当位移变大时,电路可以实现预警或报警。该技术在风电塔筒法兰螺栓和基础预应力地脚螺栓防松监测方面可以达到监测技术的经济性、快速性和便捷性,但不足之处在于无法实时获取螺栓的工况信息[2]。

2、风力发电塔筒螺栓振动-应力复合传感技术

该技术是一种振动-应力复合传感器,可同时监测风电塔筒振动情况和法兰螺栓紧固情况,可有效解决风电塔筒法兰螺栓松动的早期监测问题,显著提高风电机组安全性,防止重大事故发生。

使用时,将本发明的整个传感器安装在靠近螺栓的法兰上。在一定频率的正弦电流作用下,激励线圈会在振动梁与基板之间的传感器气隙内产生交变磁场,并在下方法兰内产生涡流场和感应磁场。当风力发电塔振动时,振动梁会变形,从而改变传感器的气隙磁场。磁传感器可以感受到磁场的变化,并将其转换为输出电压的变化。当传感器下方的法兰有应力变化时,其电导率也会发生微小变化,导致涡流场和感应磁场发生变化,这种变化也可以被磁传感器感应到并转化为输出电压的变化。

当螺栓松动时,螺栓孔周围的压应力会明显减小,导致电阻率(压阻效应)增大,电导率降低。因此,本实施例中用于监测风电塔筒法兰螺栓的振动-应力复合传感器不仅可以监测风电塔筒的振动(这是螺栓松动的根源),还可以监测螺栓松动程度(这可以在螺母没有明显转动时检测到),有助于螺栓松动的早期预测。由于振动信号是动态的,应力变化是准静态的,因此可以通过分析传感器输出信号的频谱来区分振动和应力。

3、风力发电塔筒螺栓——光纤布拉格光栅技术

该技术基于光纤光栅技术监测螺栓的变形和弯曲。光栅与螺栓紧密贴合,光栅跟随螺栓变形产生光信号变化,由解调器进行分析,从而实现螺栓变形监测。与传统的电传感器相比,这种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统具有抗电磁干扰、耐腐蚀、传输距离远等优点。与敏化光纤光栅技术相比,采用双光栅结构,光栅与螺栓紧密接触,可直接反映螺栓状况,快速响应螺栓变化。因此,它既适用于静态应力应变监测,也适用于动态应变监测。采用双光栅结构,可以有效掌握螺栓的热应变,从而可以更加精细地区分应变源。

4、风力发电塔筒螺栓-智能螺栓

智能螺栓的紧固件本体包括变形部和连接部,变形部与测量单元连接;安装紧固件本体时,连接部带动变形部变形,从而促使测量单元移动产生位移。本发明还公开了一种智能紧固件监控系统。根据本发明的智能紧固件,通过测量单元测量的位移可以得到变形部分的变形量,然后通过人工计算或预定公式计算预紧力;与现有技术中的预紧力指示螺栓相比,本发明具有精度高、数据结果好的优点。

宁波楦利高强度紧固件有限公司主营风力发电锚板、风力发电高强度预应力锚栓、风力发电叶片连接螺栓、风力发电基础锚栓笼、风力发电塔筒螺栓等。公司成立以来,我们为新能源重点风电工程提供了大量优质风电锚栓笼产品,配套风电机组累计数千台,产品遍及全国近三十个省、市、自治区,卓越的产品品质和优良的,赢得了广大客户的信赖,在国内,众多企业和我公司建立了长期友好的业务关系,在国内风电高强度紧固件行业中树立了良好的形象。公司本着“创造精品、客户至上”企业宗旨,愿为更多的客户提供好的产品和更优质的服务。

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